Grid computing wordt gekarakteriseerd als een gedistribueerde architectuur van talrijke computers die via netwerken zijn verbonden en samenwerken om een ​​enkele activiteit te voltooien. Computers werken samen in een datagrid om de taken in dit systeem te coördineren. Maar hoe? Lees verder en leer de typen, componenten en alles wat u erover moet weten.

Het voorzien van basisprincipes van cloudcomputing is vaak (maar niet altijd) gekoppeld aan grid computing. Hoewel de voor- en nadelen van cloud computing worden nog besproken, vacatures voor cloud computing zijn hot en in opkomst, en grid computing is op de voorgrond gekomen. Dus wat is het?

Wat is gridcomputing?

Als virtuele supercomputer is grid computing een netwerk van verbonden computers om enorme taken uit te voeren, zoals weermodellering of gegevensanalyse.

U kunt enorme computerrasters via de cloud maken en gebruiken, waarbij u indien nodig alleen betaalt voor wat u gebruikt om de moeite en kosten van het zelf verkrijgen en instellen van de benodigde bronnen te vermijden. Bovendien wordt de verwerkingstijd aanzienlijk verkort door taken over verschillende processors te verdelen, waardoor de efficiëntie wordt verhoogd en de verspilling van hulpbronnen wordt verminderd.

Het is een subtype van gedistribueerd computergebruik, waarbij een virtuele supercomputer bestaat uit machines die via een netwerk zijn verbonden via een bus, meestal Ethernet of soms internet.

Het is ook mogelijk om het te zien als een soort parallel computergebruik waar, in plaats van meerdere CPU-kernen op een enkele machine te hebben, de kernen over meerdere machines zijn verdeeld.

Hoewel het idee niet nieuw is, heeft het zijn volledige potentieel nog niet bereikt omdat er geen goedgekeurde normen voor regels en protocollen zijn vastgesteld.

Wie heeft gridcomputing uitgevonden?

Begin jaren negentig, Steve Tuecke, Ian Foster en Karel Kesselman ontwikkelde het concept van grid computing. Ze creëerden de Globus Toolkit-standaard, die rasters had voor het regelen van gegevensverwerking, gegevensopslag en zware berekeningen.

Check out wat is end-user computing (EUC)

Kenmerken van grid computing

Grid computing heeft zijn eigen unieke eigenschappen geïntroduceerd, terwijl het verschillende gedistribueerde systemen en eigenschappen van parallelle systemen omvat. Dus, wat zijn de kenmerken ervan?

• Grote schaal: Middelen voor grid computing zijn verspreid over tal van plaatsen en zijn verbonden via een netwerk. Resources zijn schaalbaar en omvatten geheugen en opslag.
• Geografische distributie: Vanwege de geografische diversiteit van de netwerkknooppunten wordt fouttolerantie ondersteund.
• Heterogeniteit en losjes gekoppeld: Grid-machines zijn heterogeen van aard, wat inhoudt dat geen twee machines in een netwerk hetzelfde platform, hetzelfde besturingssysteem of dezelfde architectuur hebben.
• Bron delen: Met het raster kunnen organisaties middelen delen tussen rastermachines.
• Meerdere administraties: Beheerders kunnen resources in de grid-machine beheren op basis van de gegevens en processen van elke organisatie.
• Coördinatie van middelen: Om gedeelde doelen te bereiken, werkt elke resourcemachine in grids samen met de host.
• Kwaliteit van de dienstverlening (QoS): Grid gebruikt veel machineresources om klanten hoogwaardige services te bieden met het gewenste prestatieniveau.
• Transparante toegang: Ondanks de complexiteit van het netwerk, kunnen klanten het alleen zien als een enkele virtuele computer die met maximale efficiëntie werkt.

Wat zijn de componenten van de grid computing-architectuur?

Met de hulp van verschillende computers die samenwerken om bronnen te bundelen, is grid computing een gedistribueerde architectuur.

Een reeks fundamentele rastercomponenten vormen een rastercomputeromgeving zoals:

• Gebruikersinterface
• Security
• Scheduler
• Gegevensbeheer
• Werklast- en resourcebeheer

Specifieke componenten kunnen al dan niet altijd deel uitmaken van het net, omdat de netontwerpen en het verwachte gebruik ervan variëren. In bepaalde situaties kunnen deze componenten worden samengevoegd tot een hybride component. Hoewel de opstelling van de onderdelen kan variëren op basis van het gebruiksscenario, is het handig om op de hoogte te zijn van hun functies bij het maken van rastertoepassingen. Laten we ze dus leren.

Check out wat is mobiel computergebruik?

Gebruikersinterface

Gebruikers kunnen een scala aan informatie bekijken met behulp van een enkele interface die ze bieden. Evenzo biedt een rasterportaal een gebruikersinterface waarmee gebruikers programma's kunnen uitvoeren met behulp van bronnen die door het raster beschikbaar zijn gesteld.

De interface bevat een ontwerp in portaalstijl om effectieve query's en uitvoering van het raster te vergemakkelijken. Net zoals een internetgebruiker een enkele, enorme virtuele computer ziet die rekenbronnen levert, ziet een rastergebruiker een enkele, uniforme instantie van inhoud op internet.

Security

Een van de belangrijkste problemen met grid computing-omgevingen is beveiliging. Gegevensversleuteling, authenticatie en autorisatie zijn slechts enkele voorbeelden van beveiligingsmaatregelen. De grid security infrastructure (GSI) is hierin een cruciaal onderdeel. Het beschrijft vereisten voor het tot stand brengen van veilige communicatie tussen software-entiteiten via een rasternetwerk.

Check out best practices op het gebied van cyberbeveiliging in 2022

Het bevat OpenSSL-implementatie en geeft gebruikers een eenmalige aanmeldingsoptie zodat ze het netwerk kunnen bedienen. Het biedt een sterke beveiliging door middel van systeembescherming, zoals authenticatie en autorisatie.

Scheduler

Het plannen van de taken die moeten worden uitgevoerd op de resources die zijn geïdentificeerd, is de volgende stap. Als zelfstandige taken zonder onderlinge afhankelijkheden moeten worden uitgevoerd, is een planner mogelijk niet vereist. De taakplanner zou echter voldoende zijn om de uitvoering van veel subtaken te coördineren als u tegelijkertijd specifieke taken wilt uitvoeren waarvoor communicatie tussen processen nodig is.

Bovendien werken planners op verschillende niveaus in een rastercontext. Een cluster kan bijvoorbeeld in de plaats komen van een autonome resource en de knooppunten die het bevat, beheren met behulp van zijn eigen planner. Daarom kan af en toe een planner op hoog niveau nodig zijn om een ​​taak op het cluster te voltooien. Het cluster gebruikt echter een afzonderlijke planner om het werk op de afzonderlijke knooppunten te beheren.

Gegevensbeheer

Grid-omgevingen vragen om effectief databeheer. Er is een veilige en betrouwbare techniek nodig om een ​​data- of applicatiemodule naar verschillende grid-nodes te verplaatsen of te openen.

Werklast- en resourcebeheer

De component werklast en middelen zorgt voor de daadwerkelijke lancering van een taak op een bepaalde bron, bewaakt de status ervan en ontvangt de resultaten nadat de taak is voltooid. Overweeg een scenario waarin een gebruiker een rastertoepassing wil uitvoeren. Als dat het geval is, moet de toepassing op de hoogte zijn van de bronnen van het netwerk die klaar zijn om de taak op zich te nemen.

Als gevolg hiervan communiceert het met de workloadmanager om meer te weten te komen over de beschikbaarheid van resources en werkt het de status indien nodig bij. Hierdoor helpen verschillende knooppunten op het netwerk bij effectief werklast- en resourcebeheer.

Check out wat is groen computergebruik?

Soorten rastercomputing

Wat zijn grid computing-types? Er zijn verschillende soorten grid computing, afhankelijk van hun toepassingen en het betreffende project:

• Computationele gridcomputing
• Gegevensrastercomputing
• Collaboratieve gridcomputing
• Manuscript-rastercomputers
• Modulaire grid computing

Laten we ze eens nader bekijken om ze beter te begrijpen.

Computationele gridcomputing

Tegenwoordig vormen computationele rasters het grootste deel van het gebruik van grid computing in alle sectoren, en de verwachting is dat deze trend zich in de toekomst zal voortzetten.

Een rekenraster komt in beeld wanneer een taak langer duurt dan verwacht. In dit geval is de primaire taak verdeeld in verschillende subtaken en wordt elke subtaak gelijktijdig op een ander knooppunt uitgevoerd. Nadat elke subtaak is voltooid, worden de bevindingen samengevoegd om het resultaat van de hoofdtaak te produceren. De taak is verdeeld en wanneer een afzonderlijke machine elke subtaak uitvoert, wordt het eindresultaat O(n) keer sneller verkregen (waarbij "n" het aantal subtaken vertegenwoordigt).

Er zijn tal van situaties in de echte wereld waarin rekenrasters nuttig zijn. Voor een bedrijf met een online marktplaats kan een rekenraster de productie van bedrijfsrapporten versnellen. Klanten waarderen hun tijd; zo kan het bedrijf rekenrasters gebruiken om rapporten in seconden in plaats van minuten te produceren. Dergelijke netten presteren aanzienlijk beter dan conventionele systemen in termen van prestaties.

Gegevensrastercomputing

Grids die gegevens over meerdere computers verspreiden, worden datagrids genoemd.

Gegevensrasters zorgen voor gegevensdistributie over een netwerk van computers of opslag, vergelijkbaar met rekenrasters waar bewerkingen zijn gescheiden. Ondanks de scheiding behandelt het raster ze praktisch als één geheel.

Met datagridcomputing kunnen meerdere gebruikers verspreide gegevens tegelijkertijd bekijken, wijzigen of verzenden.

Een gegevensraster kan bijvoorbeeld worden gebruikt als een enorme gegevensopslag waar elke website zijn eigen gegevens bijhoudt. In deze situatie stelt het net alle netgebruikers in staat om gezamenlijk gegevens te delen. Zo'n grid maakt een betere kennisoverdracht en samenwerking tussen netgebruikers mogelijk.

Collaboratieve gridcomputing

Door naadloze samenwerking mogelijk te maken, biedt collaboratieve grid computing oplossingen voor problemen. Bij deze vorm van computergebruik worden verschillende technologieën gebruikt om de samenwerking tussen mensen te bevorderen.

Het vermogen van individuele werknemers om snel toegang te krijgen tot elkaars werk en belangrijke informatie stimuleert de innovatie en productiviteit van het personeel dankzij collaboratieve grid computing, wat grote gevolgen heeft voor ondernemingen.

Collaborative grid computing stelt externe werknemers in staat om samen te werken, verwijdert barrières op basis van afstand en voegt functies toe die de werkervaring verbeteren. Met een collaboratief raster kunnen gebruikers bijvoorbeeld tegelijkertijd toegang krijgen tot en werken aan op tekst gebaseerde documenten, afbeeldingen, ontwerpbestanden en andere taakgerelateerde items.

Manuscript-rastercomputers

Manuscript grid computing is erg handig bij het organiseren van veel afbeeldingen en tekstblokken. Tijdens het verwerken en uitvoeren van acties op eerdere blokbatches, maakt dit rasterpatroon de continue accumulatie van beeld- en tekstblokken mogelijk.

Het gebruikt een rechttoe rechtaan grid computing-structuur om tegelijkertijd enorme hoeveelheden tekst, manuscripten en foto's te verwerken.

Modulaire grid computing

In een systeem of chassis kunnen computerbronnen zoals opslag, GPU's, geheugen en netwerken worden opgesplitst via een proces dat bekend staat als modulair rastercomputing. IT-teams kunnen de nodige middelen en rekenkracht gebruiken om bepaalde apps of services te ondersteunen.

In een modulair grid wordt een verzameling resources en software fundamenteel gecombineerd voor verschillende doeleinden. Schijven voor de CPU en GPU kunnen bijvoorbeeld in een serverrackchassis zijn ondergebracht. Ze kunnen aan elkaar worden gekoppeld om een ​​serverconfiguratie te vormen die ideaal is voor een bepaalde toepassing met behulp van een extra high-speed en low-latency fabric.

Er is een reeks computerbronnen en -services gedefinieerd om apps te helpen bij het maken ervan. Zodra de programma's hun loop hebben gehad, wordt de computerondersteuning stopgezet en worden bronnen vrijgegeven, waardoor ze beschikbaar zijn voor nieuwe apps.

In werkelijkheid spelen fabrikanten van originele apparatuur (OEM's) een belangrijke rol in modulaire grid computing, aangezien hun samenwerking essentieel is bij het ontwikkelen van toepassingsspecifieke modulaire grids.

Check out wat is quantum computing

Voor- en nadelen van grid computing

Grid computing heeft enkele voor- en nadelen die hieronder worden toegelicht.

Voordelen van rastercomputing

Dit zijn de voordelen van grid computing:

• Decentrale
• Eenvoudig samenwerken
• Goedkopere servers
• Efficiënt hardwaregebruik
• modulair
• In minder tijd kan het grotere problemen oplossen.
• Geen fysieke aanwezigheid nodig
• Betrouwbaarheid

Nadelen van grid computing

Wat zijn de nadelen van grid computing? Net als al het andere in de wereld heeft grid computing ook enkele nadelen.

• Nog steeds een ontwikkelingsgebied
• Behoefte aan grote SMP
• Snelle verbinding vereist
• Licenties
• De onwil om middelen te delen
• Schaalbaarheid

Voorbeelden van real-life grid computing

Wetenschappelijk onderzoek heeft enorm geprofiteerd van grid computing, waarmee wetenschappers over de hele wereld enorme hoeveelheden gegevens kunnen evalueren en opslaan. Dit zijn enkele voorbeelden van wetenschappelijke projecten die gebruikmaken van grid computing.

MCell-project

Het MCell-project onderzoekt cellulaire microfysiologie door moleculaire interacties zowel binnen als buiten cellen te simuleren en te onderzoeken met behulp van geavanceerde "Monte Carlo" diffusie- en chemische reactie-algoritmen.

Grid-technologieën hebben het mogelijk gemaakt om verschillende MCell-modules op grote schaal in te zetten, aangezien MCell nu biochemische simulaties kan uitvoeren op verschillende bronnen, zoals clusters en supercomputers.

NASA Informatie Power Grid (NASA IPG)

In de Verenigde Staten zijn grootschalige, op engineering gerichte rastertoepassingen geïmplementeerd door NASA Information Power Grid (NASA IPG).

IPG is het gedistribueerde computerraster van NASA, dat alles omvat, van personal computers tot omvangrijke databases en onderzoeksapparatuur. Het complete vliegtuigontwerp is een gebruik waarin NASA erg geïnteresseerd is. Elk belangrijk onderdeel van een vliegtuig, inclusief het casco, de vleugel, de stabilisator, de motor, het landingsgestel en de menselijke aspecten, wordt beheerd door een ander technisch team dat vaak geografisch verspreid is. Een raster dat gelijktijdige engineering gebruikt om taken te coördineren, verenigt het werk van alle teams.

Grid computing versnelt op deze manier ook de processen die nodig zijn bij het maken van apps met een technische focus.

BOINC (Berkeley Open Infrastructuur voor Netwerk Computing)

De University of California, Berkeley heeft BOINC gemaakt, waarmee je je thuiscomputer kunt gebruiken om verwerkingskracht te doneren aan onderzoeksprojecten op verschillende wetenschappelijke gebieden. Meer zijn opgenomen aan het einde van het artikel; BOINC wordt vaak gebruikt door academische projecten die op zoek zijn naar vrijwilligers uit de algemene bevolking.

Voordat BOINC diende als een waardevolle basis voor verschillende gedistribueerde toepassingen op uiteenlopende gebieden als wiskunde, geneeskunde, moleculaire biologie, klimatologie en astronomie, werd BOINC in eerste instantie opgericht om het SETI@home-project te ondersteunen.

GIMPS - Geweldige internet Mersenne Prime-zoekopdracht

Om nieuwe Mersenne-priemgetallen met recordgroottes te vinden, werd in januari 1996 de Great Internet Mersenne Prime Search (GIMPS) opgericht. Om deze "naalden in een hooiberg" te vinden, gebruikt GIMPS de rekenkracht van duizenden personal computers.

World Community Grid

Het doel van World Community Grid, dat wordt ondersteund en beheerd door IBM, is om het grootste openbare computernetwerk tot stand te brengen dat de mensheid ten goede komt.

De onderzoeksinitiatieven van World Community Grid hebben verschillende delen van het menselijk genoom, HIV, dengue, spierdystrofie en kanker onderzocht met behulp van de inactieve tijd van computers over de hele wereld.

Toepassingen/gebruiksscenario's voor rastercomputing

Grid-infrastructuur zal zich ontwikkelen om gelijke tred te houden met de snelheid van verandering en solide platforms te bieden terwijl bedrijven ernaar streven hun IT-infrastructuur te optimaliseren om het ware potentieel van grids beter te benutten.

Wie gebruikt gridcomputing? Dit zijn de meest voorkomende toepassingen van grid computing:

• Life science
• Engineering
• Data-georiënteerde toepassingen
• e-wetenschap
• Commerciele applicaties

Welk effect heeft grid computing op deze velden?

Life science

Een van de toepassingsgebieden voor gridcomputing met de snelste groei is life science. De rastertechnologie is snel overgenomen door een aantal biowetenschappelijke gebieden, waaronder computationele biologie, bio-informatica, genomica, neurologie en andere.

Medische professionals kunnen op efficiënte wijze relevante gegevens openen, verzamelen en ontginnen. Het raster stelt medische professionals ook in staat om verre apparaten te koppelen aan reeds bestaande medische infrastructuur en uitgebreide simulaties en analyses uit te voeren.

Engineering

Rastertechnologieën zijn gekozen door een aantal technische bedrijven die gezamenlijke ontwerpinspanningen en data-intensieve testfaciliteiten vereisen, zoals de auto- of ruimtevaartindustrie.

Dankzij grid computing zijn de kosten van technische toepassingen die veel resources vergen sterk gedaald.

Data-georiënteerde toepassingen

Grids zijn essentieel in het licht van de groei van data. Grids worden gebruikt om gegevens te verzamelen, op te slaan en te analyseren en om patronen uit die gegevens af te leiden om kennis te creëren.

e-wetenschap

Universiteiten en instellingen die betrokken zijn bij initiatieven voor geavanceerde onderzoekspartnerschappen, moeten een enorme hoeveelheid gegevens onderzoeken en interpreteren. Data-analyse voor experimenten met hoge-energiefysica, DNA-sequentieanalyse in COVID-19-achtige scenario's en het creëren van aardesysteemmodellen (ESM) met behulp van informatie die is verzameld uit verschillende bronnen voor teledetectie zijn enkele voorbeelden van deze ondernemingen.

Grid computing biedt een enkele virtuele organisatie die computerbronnen deelt en fungeert als een voertuig voor het delen van bronnen. De virtuele supercomputer maakt het mogelijk om on-demand bronnen te delen en bevat een veilig raamwerk voor eenvoudige toegang tot en uitwisseling van gegevens.

Commerciele applicaties

Grid computing ondersteunt een breed scala aan commerciële toepassingen, waaronder die in de online gaming- en entertainmentsectoren, die sterk afhankelijk zijn van rekenintensieve bronnen zoals computers en opslagnetwerken. In een rasterconfiguratie voor gaming worden de bronnen gekozen op basis van computervereisten. Het houdt rekening met variabelen zoals het verkeersvolume en het aantal gamers.

Dergelijke rasters moedigen groepsgaming aan en verlagen de initiële uitgaven voor hardware- en softwarebronnen in games die worden aangedreven door de vraag. Grid computing verbetert ook de esthetische aantrekkingskracht van de film door speciale effecten op te nemen in de mediasector. Het raster helpt ook bij het maken van theaterfilms, omdat verschillende onderdelen tegelijkertijd kunnen worden verwerkt, waardoor er minder productietijd nodig is.

Klinkt het als cloudcomputing? Maar het is niet. Laten we eens kijken naar de verschillen tussen grid computing en cloud computing.

Vergelijking: rastercomputing versus cloudcomputing

Laten we eens kijken hoe cloud computing en grid computing van elkaar verschillen.

Ondanks dat ze veel overeenkomsten hebben, dienen cloudcomputing en gridcomputing vaak heel verschillende doelen, projecten en use-cases. Terwijl Grid Computing, indien correct gebruikt, het gebruik van fysieke hardware betaalbaarder maakt, is cloudcomputing geweldig voor flexibiliteit, gebruiksgemak en veiligheid.

Check out de 16 gevaarlijke kwetsbaarheden voor cloudcomputing

Hoe zit het met de verschillen tussen grid computing en distributed computing? Maak je geen zorgen, we hebben het ook uitgelegd.

Vergelijking: Grid computing versus gedistribueerd computergebruik

Organisaties gebruiken gedistribueerde computing en grid computing om ingewikkelde netwerken te bouwen die snel resource-intensieve operaties aankunnen. Ze verschillen echter aanzienlijk op bepaalde belangrijke manieren, zoals hieronder wordt uitgelegd.

• De term 'distributed computing' verwijst doorgaans naar het beheer of de pooling van honderden of duizenden computersystemen, die elk een lagere geheugen- en verwerkingscapaciteit hebben. Grid computing daarentegen heeft bepaalde unieke eigenschappen. Het richt zich op het effectieve beheer van workloads en maakt daarbij gebruik van een pool van heterogene systemen die alle computerresources van een onderneming (servers, netwerken, opslag en informatie) omvat die samenwerken om een ​​of meer omvangrijke computing-resourcepools te bouwen. Grid computing heeft geen beperkingen voor gebruikers, afdelingen of oorsprong.

• Grid computing verschilt van conventioneel gedistribueerd computergebruik doordat het zich richt op de capaciteit om berekeningen over verschillende administratieve domeinen te vergemakkelijken. Grids bieden een methode voor het virtualiseren van computerbronnen om informatietechnologiebronnen binnen een organisatie op de best mogelijke manier te gebruiken. Het kan worden verspreid over een lokaal, grootstedelijk of wide-area netwerk vanwege het idee van ondersteuning voor tal van administratieve beleidsregels en beveiligingsauthenticatie- en autorisatieprocessen.

Is gridcomputing duur?

Volgens verschillende onderzoeken kwamen ze tot de conclusie dat grids aanzienlijk goedkoper zijn dan typische computercentra, met kosten variërend van $ 0.20 tot $ 0.94 per CPU en uur, in tegenstelling tot $ 2 tot $ 12 per CPU en uur.

Check out wat is social computing?

Conclusie

Verschillende industriesectoren, waaronder IT, automobielindustrie, lucht- en ruimtevaart, astronomie, natuurkunde en biowetenschappen, en zelfs de mediasector, hebben geprofiteerd van grid computing. Ongeacht hoe ver de netwerkknooppunten geografisch uit elkaar liggen, grid computing stelt ondernemingen in staat om taken aanzienlijk sneller uit te voeren.

Naarmate grid computing zich ontwikkelt, moeten steeds meer bedrijven beslissen hoe ze het het beste kunnen toepassen door flexibele netwerken te creëren, hun bedrijfsactiviteiten te versnellen en uitgebreide winstgevendheid te creëren.